DE102013101104A1

DE102013101104A1 - Kühlanordnung zum Kühlen eines Objekts mit einer Kontrolleinrichtung und Verfahren zur Überwachung einer solchen Kühlanordnung

Info

Publication number: DE102013101104A1
Application number: DE102013101104.7A
Authority: DE
Inventors: Thomas Hamm; Hartmuth Lotha
Original assignee: Buerkert Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Buerkert Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2013-02-05
Filing date: 2013-02-05
Publication date: 2014-08-07
Also published as: US20140216708A1

Abstract

Eine Kühlanordnung zum Kühlen eines Objekts, insbesondere von Schweißkappen einer Schweißvorrichtung, umfasst eine lokale Kühlleitung mit einem Vorlauf, durch den Kühlmittel zum Objekt hinströmen kann, und einem Rücklauf, durch den Kühlmittel vom Objekt wegströmen kann. Die Kühlanordnung umfasst ferner wenigstens einen an der Kühlleitung angeordneten Sensor sowie wenigstens einen an der Kühlleitung angeordneten Aktor. Darüber hinaus umfasst die Kühlanordnung eine Kontrolleinrichtung, die mit dem wenigstens einen Sensor und dem wenigstens einen Aktor verbunden ist. Gemäß der Erfindung ist die Kontrolleinrichtung in unmittelbarer Nähe des wenigstens einen Sensors und/oder des wenigstens einen Aktors und/oder der lokalen Kühlleitung angeordnet und so eingerichtet, dass sie Messwerte des wenigstens einen Sensors empfängt und anhand vorher festgelegter Kriterien überprüft, ob die Messwerte in einem vorgegebenen Sollbereich liegen. In Reaktion auf ein negatives Prüfergebnis kann die Kontrolleinrichtung den wenigstens einen Aktor in vorbestimmter Weise so ansteuern, dass die Kühlanordnung in einen sicheren Zustand versetzt wird. Ein Verfahren zur Überwachung einer solchen Kühlanordnung umfasst folgende Schritte: – Empfangen von Messwerten des wenigstens einen Sensors durch die Kontrolleinrichtung; – Überprüfen anhand vorher festgelegter Kriterien, ob die Messwerte in einem vorgegebenen Sollbereich liegen; und – Ansteuern des wenigstens einen Aktors in Reaktion auf ein negatives Prüfergebnis derart, dass die Kühlanordnung in einen sicheren Zustand versetzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung zum Kühlen eines Objekts, insbesondere von Schweißkappen einer Schweißvorrichtung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Überwachung einer solchen Kühlanordnung.
In der Roboter-Schweißtechnik kommen Schweißzangen mit austauschbaren Schweißkappen zum Einsatz, deren Verschleiß durch eine gute Kühlung deutlich verzögert werden kann. Hierzu sind Kühlsysteme mit Kühlleitungen vorgesehen, in denen z. B. mit Glykol und weiteren Additiven versetztes Wasser als Kühlmittel verwendet wird. Bei einem Wechsel der Schweißkappen wird die Kühlleitung im Bereich der Schweißkappen, genauer gesagt an deren Kühlmittelzu- bzw. -rückführung automatisch abgedichtet, um einen Austritt des unter Druck stehenden Kühlmittels zu verhindern. Da trotz des Einsatzes von schnellschließenden Ventilen die Kühlleitung nicht sofort abgedichtet werden kann, kommt es aufgrund des weiterhin in dem abgedichteten Abschnitt der Kühlleitung herrschenden Drucks zu einem unerwünschten Verspritzen von Kühlmittel.
Aus der EP 1 688 205 A1 ist eine Vorrichtung zum Kühlen von Schweißkappen einer Schweißvorrichtung bekannt, bei der eine Kühlleitung, in der ein Kühlmittel bei einem Entfernen der Schweißkappen unter Druck gehalten wird. Eine an die Kühlleitung angeschlossene Expansionseinrichtung mit einer Expansionskammer schafft bei einem Schweißkappenwechsel die Möglichkeit einer sofortigen Druckreduzierung in der Kühlleitung, sodass kein unter hohem Druck stehendes Kühlmittel austreten kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Überwachung einer Kühlanordnung zu verbessern, insbesondere im Hinblick auf eine Fehleranalyse.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Kühlanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren zur Überwachung einer Kühlanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kühlanordnung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den zugehörigen Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Kühlanordnung zum Kühlen eines Objekts, insbesondere von Schweißkappen einer Schweißvorrichtung, umfasst eine lokale Kühlleitung mit einem Vorlauf, durch den Kühlmittel zum Objekt hinströmen kann, und einem Rücklauf, durch den Kühlmittel vom Objekt wegströmen kann. Die Kühlanordnung umfasst ferner wenigstens einen an der Kühlleitung angeordneten Sensor sowie wenigstens einen an der Kühlleitung angeordneten Aktor. Darüber hinaus umfasst die Kühlanordnung eine Kontrolleinrichtung, die mit dem wenigstens einen Sensor und dem wenigstens einen Aktor verbunden ist. Gemäß der Erfindung ist die Kontrolleinrichtung in unmittelbarer Nähe des wenigstens einen Sensors und/oder des wenigstens einen Aktors und/oder der lokalen Kühlleitung angeordnet und so eingerichtet, dass sie Messwerte des wenigstens einen Sensors empfängt und anhand vorher festgelegter Kriterien überprüft, ob die Messwerte in einem vorgegebenen Sollbereich liegen. In Reaktion auf ein negatives Prüfergebnis kann die Kontrolleinrichtung den wenigstens einen Aktor in vorbestimmter Weise so ansteuern, dass die Kühlanordnung in einen sicheren Zustand versetzt wird.
Die erfindungsgemäße Kühlanordnung eignet sich besonders für die Anwendung bei automatisierten Schweißvorrichtungen (Schweißroboter). Das zu kühlende Objekt sind in diesem Fall die Schweißkappen, die im Betrieb sehr hohe Temperaturen annehmen. Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Kühlanordnung aber auch in anderen Bereichen eingesetzt werden, in denen eine Überwachung der Kühlung und gegebenenfalls eine Fehleranalyse gewünscht ist.
Der wenigstens eine Sensor der Kühlanordnung misst eine auf das Kühlmittel oder auf eine sonstige für die Kühlanordnung kritische Komponente bezogene Größe, wie etwa die Durchflussmenge, die Temperatur oder den Druck des Kühlmittels. Der wenigstens eine Aktor der Kühlanordnung, der im Bedarfsfall direkt von der Kontrolleinrichtung angesteuert wird, sorgt dafür, dass in einem Problemfall sofort reagiert werden kann, damit kein übermäßiger Schaden entsteht.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Überwachung einer Kühlanordnung wesentlich leichter und effektiver durchgeführt werden kann, wenn eine eigene Kontrolleinrichtung für die Kühlanordnung direkt vor Ort vorhanden ist. Dem Personal ist es so ohne Weiteres möglich, einen Fehler sofort an der zugehörigen Kühlanordnung zu erkennen, ohne dass hierfür in eine übergeordnete Anlagensteuerung eingegriffen werden muss. Gleiches gilt für das automatische Reagieren der Kontrolleinrichtung, d. h. das Ansteuern des wenigstens einen Aktors muss nicht umständlich in die übergeordnete Anlagensteuerung eingebettet werden. Diese Aspekte sind insbesondere bei Schweißrobotern von Bedeutung, die über eine komplexe Anlagensteuerung verfügen, welche nicht für jedermann sofort einsichtig ist. Die Anlagensteuerung und die lokalen Kühlanordnungen der Schweißroboter können zudem Teil einer Gesamtanlagensteuerung bzw. eines größeren Kühlsystems sein, was die genannten Probleme noch verstärken würde.
Der wenigstens eine Aktor kann ein Schließventil zum Sperren der Kühlleitung und/oder eine Vorrichtung zur Druckreduzierung in der Kühlleitung umfassen. Durch Betätigen des Sperrventils lässt sich der Kühlmittelstrom schnell unterbrechen, was insbesondere im Fall eines Lecks der Kühlleitung wichtig ist, damit nicht größere Mengen Kühlmittel unkontrolliert austreten können. Mithilfe der Druckreduzierungsvorrichtung lässt sich nach einem Sperren der Kühlleitung der Druck in der Kühlleitung verringern, sodass bei Reparatur- oder Wartungsarbeiten, bei denen zwangsläufig eine Austrittsöffnung für das Kühlmittel geschaffen wird, möglichst wenig Kühlmittel verspritzt.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Vorrichtung zur Druckreduzierung weist diese für einen beschleunigten Druckausgleich einen Expansionszylinder mit eingebauter Ausgleichsfeder und/oder einem Vorsteuerventil auf. Das Kühlmittel strömt in den Expansionszylinder, der ein sich unter dem Druck des Kühlmittels ausdehnendes Volumen für die Aufnahme von Kühlmittel bereitstellt. Mit der Ausgleichsfeder und/oder dem Vorsteuerventil lässt sich ein Gegendruck einstellen, mit dem die Expansionsbewegung gedämpft bzw. gegen die Feder vorgespannt werden kann.
Für eine sinnvolle Überwachung der Kühlanordnung sollte der wenigstens eine Sensor einen Durchflussmesser und/oder einen Temperatursensor und/oder einen Drucksensor umfassen. Die Parameter Durchflussmenge, Temperatur und Druck sind für einen ordnungsgemäßen Betrieb der Kühlanordnung von größter Bedeutung.
Bei einer besonders kompakten Ausführungsform der Erfindung ist die Kontrolleinrichtung auf den Durchflussmesser oder auf den Drucksensor aufgesetzt. Eine separate Halterung und eine externe Verbindungsleitung zum entsprechenden Sensor entfallen somit.
Die Kontrolleinrichtung ist vorzugsweise so eingerichtet, dass Grenzwerte hinterlegt und mit Messwerten des wenigstens einen Sensors verglichen werden können. Das bedeutet, dass die Kontrolleinrichtung weitestgehend unabhängig von einer übergeordneten Anlagensteuerung ist. Im Hinblick auf eine einfache und unkomplizierte Handhabung können die Grenzwerte mittels Tasten oder dergleichen direkt an der Kontrolleinrichtung eingegeben werden, vorzugsweise interaktiv im Dialog mit Anweisungen auf einem Display der Kontrolleinrichtung.
Für eine differenziertere Fehlerbetrachtung ist eine Auswerteeinheit der Kontrolleinrichtung vorteilhaft, die berücksichtigt, ob Messwerte des wenigstens einen Sensors kurzfristig oder dauerhaft außerhalb des Sollbereichs liegen. Damit lassen sich kurzzeitig auftretende Fehler wie etwa Druckspitzen, die alleine noch keine Sicherheitsmaßnahmen erfordern, herausfiltern. Hilfreich ist auch eine weitergehende Auswertung und Anzeige des Fehlerzeitpunkts und, bei mehreren Sensoren, bei welchen Parametern in welcher Reihenfolge Fehler aufgetreten sind.
Ergänzend kann bei der erfindungsgemäßen Kühlanordnung vorgesehen sein, dass die Kontrolleinrichtung so eingerichtet ist, dass sie mit einer übergeordneten Anlagensteuerung verbunden werden kann und dass Ergebnisse der Prüfung, ob die Messwerte des wenigstens einen Sensors in dem vorgegebenen Sollbereich liegen, an die übergeordnete Anlagensteuerung übermittelt werden können. Je nach Betriebsart kann die Fehlerinformation von der übergeordneten Anlagensteuerung nur protokolliert werden, oder die Anlagensteuerung – anstelle der Kontrolleinrichtung – veranlasst daraufhin die Durchführung geeigneter Sicherheitsmaßnahmen.
Gemäß einer Erweiterung der erfindungsgemäßen Kühlanordnung sind wenigstens zwei mit der Kontrolleinrichtung verbundene Durchflussmesser vorgesehen, die beide mit der Kontrolleinrichtung verbunden sind, sodass die Durchflussmenge an wenigstens zwei verschiedenen Stellen überwacht werden kann. Einer der Durchflussmesser kann innerhalb oder außerhalb der lokalen Kühlanordnung vorgesehen sein, beispielsweise an einer Kühlmittelzufuhrleitung oder Kühlmittelabführleitung. Die Einbeziehung eines solchen externen Durchflussmessers schafft die Möglichkeit, eine Überwachung der Druckdifferenz durchzuführen. Der externe Durchflussmesser kann auch an einer lokalen Kühlleitung einer anderen lokalen Kühlanordnung angeordnet sein, z. B. einer anderen Kühlanordnung desselben Kühlsystems oder einer Kühlanordnung für einen Motor. Dies ermöglicht eine differenziertere Fehlerbetrachtung und schafft eine Auswertehilfe.
Für eine komfortable Überwachung der Kühlanordnung durch anwesendes Personal sollte die Kontrolleinrichtung ein Display zur kontinuierlichen Anzeige von Messwerten des wenigstens einen Sensors und/oder zur Anzeige von Fehlern aufweisen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Kühlanordnung eine vorgefertigte Baugruppe und weist Befestigungsmittel für eine Montage der Kühlanordnung an einer Wand oder einer Platte auf. Dies erlaubt eine einfache und platzsparende Montage der Kühlanordnung. Außerdem vereinfachen sich Transport und Lagerung.
Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zur Überwachung einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung mit folgenden Schritten:

– Empfangen von Messwerten des wenigstens einen Sensors durch die Kontrolleinrichtung;
– Überprüfen anhand vorher festgelegter Kriterien, ob die Messwerte in einem vorgegebenen Sollbereich liegen; und
– Ansteuern des wenigstens einen Aktors in Reaktion auf ein negatives Prüfergebnis derart, dass die Kühlanordnung in einen sicheren Zustand versetzt wird.

Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die entsprechenden Ausführungen der erfindungsgemäßen Kühlanordnung verwiesen.
Um variierenden Umständen Rechnung zu tragen bzw. einen flexiblen Einsatz der erfindungsgemäßen Kühlanordnung in unterschiedlichen Anwendungen zu ermöglichen ist es von Vorteil, dass in der Kontrolleinrichtung ein oder mehrere Grenzwerte manuell hinterlegt werden können, der/die den Sollbereich definiert/definieren.
Für die zuvor bereits angesprochene Filterung kurzzeitig auftretender Fehler sollte die Kontrolleinrichtung bei der Auswertung der Sensormesswerte berücksichtigen, ob die Messwerte nur kurzfristig oder tatsächlich dauerhaft außerhalb des Sollbereichs liegen.
Um im Ernstfall die Ursache eines Problems der Kühlanordnung möglichst schnell und eindeutig identifizieren zu können, ist in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Fall, in dem mehrere Fehler auftreten in Form von Messwerten verschiedener Sensoren, die außerhalb ihrer Sollbereiche liegen, vorgesehen, dass von der Kontrolleinrichtung zunächst derjenige Fehler angezeigt wird, der zuerst aufgetreten ist.
Gemäß einer Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens unterscheidet die Kontrolleinrichtung anhand mehrerer Grenzwerte, ob eine leichte oder eine starke Abweichung vom Sollbereich vorliegt. Bei dieser Weiterentwicklung wird nur im Falle einer starken Abweichung der wenigstens eine Aktor so angesteuert, dass die Kühlanordnung in einen sicheren Zustand versetzt wird. Im Falle eines leichten Fehlers besteht dann die Möglichkeit, den Fehler im laufenden Betrieb der Kühlanordnung manuell zu beheben, ohne dass die Kühlanordnung gleich in einen sicheren Zustand überführt wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
1 den Aufbau einer Kühlanordnung mit einer erfindungsgemäßen Kontrolleinrichtung in Draufsicht; und
2 den Aufbau aus 1 in Seitenansicht.
In den 1 und 2 ist beispielhaft eine lokale Kühlanordnung gezeigt, die, insbesondere zum Kühlen von Schweißkappen einer Schweißvorrichtung geeignet ist. Die Kühlanordnung umfasst eine von einem Kühlmittel durchströmte Kühlleitung 10, die in einen von einem Kühlmitteleinlass 12 zu dem zu kühlenden Objekt, hier die Schweißkappen (nicht dargestellt), führenden Vorlauf 14 und einen von dem zu kühlenden Objekt zu einem Kühlmittelauslass 16 führenden Rücklauf 18 unterteilt werden kann. Die Kühlleitung 10 soll als lokale Leitung verstanden werden, die nur für das zu kühlende Objekt bestimmt ist. Die Kühlanordnung selbst kann Teil eines größeren Kühlsystems mit mehreren lokalen Kühlanordnungen sein, beispielsweise für eine Vielzahl einzelner Schweißroboter.
Hervorzuhebende Komponenten der Kühlanordnung sind: ein Durchflussmesser 20; ein (hier in das Gehäuse des Durchflussmessers 20 integrierter) Temperatursensor 21; ein Schließventil 22 zum vollständigen Sperren des Kühlmitteldurchflusses; ein Drucksensor 24; eine Vorrichtung 26 zur Reduzierung des Drucks in der Kühlleitung 10 (Druckreduzierungsvorrichtung); ein Ventil 28 zur Strangregulierung (Strangregulierungsventil), vorzugsweise mit einem Handrad 30 zum manuellen Einstellen des Ventils 28; ein Rückschlagventil 32; und eine besondere Kontrolleinrichtung 34. Die genannten Komponenten können zusammen mit dem Kühlmitteleinlass 12, einem Anschluss 36 zu einer Zuleitung zu den Schweißkappen, einem Anschluss 38 zu einer Rückleitung von den Schweißkappen und dem Kühlmittelauslass 16 als vorgefertigte Baugruppe an einer Wand oder einer Platte angebracht werden. Hierzu sind Befestigungsmittel, z. B. in Form von Schellen 40 und ggf. einer Befestigungsplatte 42, vorgesehen, die insbesondere in der Nähe des Kühlmitteleinlasses 12 und des Kühlmittelauslasses 16 bzw. der Anschlüsse 36, 38 angeordnet sein können.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind im Vorlauf 14, in Strömungsrichtung betrachtet, zuerst der Durchflussmesser 20 mit dem Temperatursensor 21 und dahinter das Schließventil 22 angeordnet. Im Rücklauf 18 sind hintereinander der Drucksensor 24, an einem Abzweig der Kühlleitung 10 die Druckreduzierungsvorrichtung 26, das Strangregulierungsventil 28 und das Rückschlagventil 32 angeordnet. Die Kontrolleinrichtung 34 ist als Einheit auf den Drucksensor 24 aufgesetzt, könnte aber genauso auf den Durchflussmesser 20 aufgesetzt oder als eigenständige Einheit ausgebildet sein. In jedem Fall ist die Kontrolleinrichtung 34 mit den Sensoren der Kühlanordnung, hier also mit dem Durchflussmesser 20, dem Temperatursensor 21 und dem Drucksensor 24, sowie mit dem als Aktor dienenden Schließventil 22 verbunden. Die Verbindungsleitungen sind in den Figuren nicht dargestellt. Für die später noch beschriebene Fehleranalyse ist es vorteilhaft, dass die Kontrolleinrichtung 34 in unmittelbarer Nähe zu den anderen Komponenten der lokalen Kühlanordnung platziert ist.
Es sind auch andere Anordnungen der Komponenten innerhalb der Kühlanordnung denkbar, und es können auch weniger oder noch zusätzliche mit der Kontrolleinrichtung 34 verbundene Sensoren oder auch Aktoren (zusätzlich zum Schließventil 22, zur Druckreduzierungsvorrichtung 26, zum Strangregulierungsventil 28 und zum Rückschlagventil 32) vorgesehen sein.
Die Druckreduzierungsvorrichtung 26 ermöglicht es, wenn für einen Schweißkappenwechsel die Kühlleitung 10 mit dem Schließventil 22 gesperrt wird, eine sofortige Druckreduzierung in der Kühlleitung 10 zu erreichen, sodass ein Verspritzen des unter Druck stehenden Kühlmittels weitestgehend vermieden wird. Die Druckreduzierungsvorrichtung 26 kann ein Expansionszylinder 44 mit einem Vorsteuerventil 46 und einer Drossel 48 sein, wie aus der EP 1 688 205 A1 bekannt. Zusätzlich oder anstelle des Vorsteuerventils und der Drossel kann auch eine Ausgleichsfeder vorgesehen sein, die den Kolben im Expansionszylinder vorspannt. Anstelle des Expansionszylinders kann aber auch eine Pumpe oder ein aktiver Zylinder oder eine andere Art von Ansaugvorrichtung verwendet werden.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der Kühlanordnung und insbesondere deren Kontrolleinrichtung 34 beschrieben. Durch den Kühlmitteleinlass 12 strömt kaltes Kühlmittel in die Kühlleitung 10 und gelangt über den Vorlauf 14 zu den Schweißkappen, die Wärme an das Kühlmittel abgeben. Das erwärmte Kühlmittel strömt über den Rücklauf 18 aus der Kühlleitung 10 aus.
Während des normalen Betriebs der Kühlanordnung übermitteln der Durchflussmesser 20, der Temperatursensor 21 und der Drucksensor 24 ihre Messwerte an die Kontrolleinrichtung 34. In der Kontrolleinrichtung 34 sind anwendungsspezifische Grenzwerte hinterlegt, die individuell eingestellt werden können und jeweils einen Sollbereich definieren. Auf einem Display der Kontrolleinrichtung 34 werden die Messwerte angezeigt und in bestimmten Zeitabständen aktualisiert.
Falls ein Messwert außerhalb seines Sollbereichs liegt, wird eine entsprechende Warnung im Display der Kontrolleinrichtung 34 ausgegeben, d. h. es wird angezeigt, welcher Parameter (Durchflussmenge, Temperatur, Druck, etc.) einen unteren Grenzwert unterschritten bzw. einen oberen Grenzwert überschritten hat. Eine solche Grenzwertunter- bzw. -überschreitung stellt einen Fehler dar und wird, gegebenenfalls nach Prüfung weiterer vorher festgelegter Kriterien, als negatives Prüfergebnis gewertet. Trifft dies auf mehrere Parameter zu, wird zunächst derjenige angezeigt, der zuerst den Sollbereich verlassen hat. Auf diese Weise ist es in der Regel möglich, die Fehlerursache sofort an Ort und Stelle zu identifizieren, z. B.: War die Temperatur zu hoch, der Druck zu niedrig, oder ist eine Kühlleitung geplatzt? Zusätzlich zur optischen Anzeige des Fehlers kann zusätzlich auch eine akustische Warnung ausgegeben werden.
In einem ersten Betriebsmodus der Kontrolleinrichtung 34, der hier „autark“ genannt werden soll, leitet die Kontrolleinrichtung 34 im Falle eines Fehlers selbst Maßnahmen ein, um die Sicherheit der Kühlanordnung zu gewährleisten. Genauer gesagt werden einer oder mehrere der an die Kontrolleinrichtung 34 angeschlossenen Aktoren, hier also das Schließventil 22 und die Druckreduzierungsvorrichtung 26, so angesteuert, dass die Kühlanordnung in einen sicheren Zustand versetzt wird.
Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass bei einem abrupten Durchfluss- oder Druckabfall die Kontrolleinrichtung 34 das Schließventil 22 veranlasst, die Kühlleitung 10 im Vorlauf 12 zu sperren, um zu verhindern, dass im Fall einer Leckage größere Mengen Kühlmittel austreten. Mit einer einstellbaren Zeitverzögerung wird nach der Betätigung des Schließventils 22 die Druckreduzierungsvorrichtung 26 aktiviert, sodass unter Druck eingeschlossenes Kühlmittel aus der Kühlleitung 10 genommen und dadurch der Druck reduziert wird. Im Falle eines Expansionszylinders 44 bedeutet die Aktivierung, dass das Kühlmittel in eine dynamische Expansionskammer des Expansionszylinders 44 einströmen und einen darin gelagerten Kolben unter Ausdehnung der Expansionskammer verschieben kann. Durch einen mittels des Vorsteuerventils 46 und der Drossel 48 bzw. der Ausgleichsfeder eingestellten Gegendruck auf der anderen Seite des Kolbens wird die Kolbenbewegung in geeignetem Maße gedämpft.
Nach Behebung des Fehlers bzw. der Fehler und Quittieren der Fehlermeldung(en) an der Kontrolleinrichtung 34 veranlasst die Kontrolleinrichtung 34 dann zunächst das Öffnen des Schließventils 22 und nach einer einstellbaren Zeitverzögerung die Deaktivierung der Druckreduzierungsvorrichtung 26. Im Falle des Expansionszylinders 44 bedeutet die Deaktivierung, dass durch einen mittels des Vorsteuerventils 46 und der Drossel 48 bzw. der Ausgleichsfeder geeignet eingestellten Gegendruck der Kolben wieder in Richtung der Kühlleitung 10 verschoben wird, sodass das Expansionsvolumen bei erneutem Bedarf wieder zur Verfügung steht..
In einer erweiterten Ausführungsform der Kontrolleinrichtung 34 können mehrere Grenzwerte (Stufen) je Parameter hinterlegt sein, sodass eine Unterscheidung zwischen einer leichten und einer starken Abweichung vom jeweiligen Sollbereich möglich ist. Außerdem kann eine besondere Auswertung der Messwerte vorgesehen sein, die berücksichtigt, ob ein Grenzwert nur kurzfristig oder dauerhaft unter- bzw. überschritten wird (Filterfunktion). Durch eine oder mehrere dieser Maßnahmen kann zwischen geringfügigen und schwerwiegenden Fehlern unterschieden werden.
Im Falle eines geringfügigen Fehlers, der noch nicht als negatives Prüfergebnis gewertet wird, wird die Kühlanordnung nicht sofort abgeschaltet, sondern es wird (zunächst) nur eine Warnung ausgegeben. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, den Fehler während des laufenden Betriebs der Kühlanordnung manuell zu beheben. So kann beispielsweise bei geringfügig zu niedrigem Druck durch Verstellen des Strangregulierungsventils 28 der Druck leicht erhöht werden, oder bei geringfügig zu hoher Temperatur des Kühlmittels kann der Durchfluss erhöht werden, um dadurch die Temperatur zu senken.
In einem zweiten Betriebsmodus der Kontrolleinrichtung 34, der hier „Monitor“ genannt werden soll, wird ebenfalls ein festgestellter Fehler als Warnung auf dem Display der Kontrolleinrichtung ausgegeben. Allerdings leitet die Kontrolleinrichtung 34 selbst keine Maßnahmen ein, sondern übergibt die Fehlerinformationen in Form von charakteristischen Signalen an eine übergeordnete Anlagensteuerung, insbesondere an die Robotersteuerung im Falle eines Schweißroboters. In diesem Fall leitet dann die Anlagensteuerung geeignete Maßnahmen ein, um die Sicherheit der Kühlanordnung bzw. der gesamten Anlage zu gewährleisten.
Auch im zuvor beschriebenen Betriebsmodus „autark“ können Fehlerinformationen an die übergeordnete Anlagensteuerung übermittelt werden. Die Anlagensteuerung wird in diesem Betriebsmodus jedoch keine konkreten, die Kühlanordnung unmittelbar betreffenden Maßnahmen veranlassen.
Schließlich steht noch ein dritter Betriebsmodus an der Kontrolleinrichtung 34 zur Verfügung, der hier „Kappenwechsel“ genannt werden soll. Wird dieser Modus ausgewählt, veranlasst die Kontrolleinrichtung 34 das Sperrventil 22 dazu, die Kühlleitung 10 im Vorlauf zu sperren. Anschließend sorgt die nach einer einstellbaren Zeitverzögerung aktivierte Druckreduzierungsvorrichtung 26, ggf. mit Unterstützung der Ausgleichsfeder dafür, dass überschüssiges Kühlmittel aus der Kühlleitung entnommen wird, sodass diese druckreduziert ist. Die Schweißkappen können dann gewechselt werden, ohne dass es zu einem Verspritzen von unter Druck stehendem Kühlmittel kommt. In diesem Betriebsmodus ist die Fehlerüberwachung der Kontrolleinrichtung 34 inaktiv, was dem Bedienpersonal durch die Anzeige des aktuellen Betriebsmodus am Display signalisiert wird. Nach Beendigung des Schweißkappenwechsels wird zunächst das Schließventil 22 wieder geöffnet, bevor dann wiederum nach einer einstellbaren Zeitverzögerung die Druckreduzierungsvorrichtung 26 deaktiviert wird.
In einer erweiterten Ausführungsform der lokalen Kühlanordnung sind wenigstens zwei Durchflussmesser vorgesehen, die beide mit der Kontrolleinrichtung 34 verbunden sind. Es können dann die Werte von beiden Durchflussmessern von der Kontrolleinrichtung 34 mit einem entsprechenden Hinweis auf den jeweiligen Durchflussmesser angezeigt und auf Fehler überwacht werden. Grundsätzlich ist es auch möglich, zwei oder mehr Durchflussmesser vorzusehen, von denen einer wie oben beschrieben an der lokalen Kühlleitung 10 und einer außerhalb an einer Kühlmittelzufuhrleitung oder Kühlmittelabführleitung, d. h. jenseits des Kühlmitteleinlasses 12 bzw. des Kühlmittelauslasses 18 angeordnet ist. Mit einem solchen Aufbau ist eine Anzeige und Überwachung der Druckdifferenz möglich, die ansonsten wie oben beschrieben durchgeführt wird.
Die Verbindung der Kontrolleinrichtung 34 mit den Aktoren und der übergeordneten Anlagensteuerung erfolgt mittels geeigneter mehrpoliger Steckverbinder oder anderer geeigneter Schnittstellen. Die elektrischen Verbindungen zwischen den beteiligten Komponenten können direkt oder indirekt (beispielsweise im Rahmen eines Bussystems) verlaufen. Auch drahtlose Verbindungen (Funk) sind möglich.
Neben dem Display zur Anzeige der Messwerte, des Betriebsmodus, etc. verfügt die Kontrolleinrichtung 34 noch über Tasten zur Konfiguration, insbesondere zur direkten Eingabe von Grenzwerten, zum Quittieren von Fehlermeldungen, etc.
Bezugszeichenliste

10: Kühlleitung
12: Kühlmitteleinlass
14: Vorlauf
16: Kühlmittelauslass
18: Rücklauf
20: Durchflussmesser
21: Temperatursensor
22: Schließventil
24: Drucksensor
26: Druckreduzierungsvorrichtung
28: Strangregulierungsventil
30: Handrad
32: Rückschlagventil
34: Kontrolleinrichtung
36: Anschluss zur Zuleitung zu den Schweißkappen
38: Anschluss zur Rückleitung von den Schweißkappen
40: Schellen
42: Befestigungsplatte
44: Expansionszylinder
46: Vorsteuerventil
48: Drossel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1688205 A1 [0003, 0033]

Claims

Kühlanordnung zum Kühlen eines Objekts, insbesondere von Schweißkappen einer Schweißvorrichtung, mit einer lokalen Kühlleitung (10) mit einem Vorlauf (14), durch den Kühlmittel zum Objekt hinströmen kann, und einem Rücklauf (18), durch den Kühlmittel vom Objekt wegströmen kann, wenigstens einem an der Kühlleitung (10) angeordneten Sensor (20, 21, 24), wenigstens einem an der Kühlleitung (10) angeordneten Aktor (22, 26), und einer Kontrolleinrichtung (34), die mit dem wenigstens einen Sensor (20, 21, 24) und dem wenigstens einen Aktor (22, 26) verbunden ist, wobei die Kontrolleinrichtung (34) in unmittelbarer Nähe des wenigstens einen Sensors (20, 21, 24) und/oder des wenigstens einen Aktors (22, 26) und/oder der lokalen Kühlleitung (10) angeordnet und so eingerichtet ist, dass sie Messwerte des wenigstens einen Sensors (20, 21, 24) empfängt und anhand vorher festgelegter Kriterien überprüft, ob die Messwerte in einem vorgegebenen Sollbereich liegen, und dass sie in Reaktion auf ein negatives Prüfergebnis den wenigstens einen Aktor (22, 26) in vorbestimmter Weise so ansteuern kann, dass die Kühlanordnung in einen sicheren Zustand versetzt wird.
Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Aktor ein Schließventil (22) zum Sperren der Kühlleitung und/oder eine Vorrichtung (26) zur Druckreduzierung in der Kühlleitung (10) umfasst.
Kühlanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (26) zur Druckreduzierung in der Kühlleitung (10) einen Expansionszylinder (44) mit eingebauter Ausgleichsfeder und/oder einem Vorsteuerventil (46) aufweist.
Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sensor einen Durchflussmesser (20) und/oder einen Temperatursensor (21) und/oder einen Drucksensor (24) umfasst.
Kühlanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinrichtung (34) auf den Durchflussmesser (20) oder auf den Drucksensor (24) aufgesetzt ist.
Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinrichtung (34) so eingerichtet ist, dass Grenzwerte hinterlegt und mit Messwerten des wenigstens einen Sensors (20, 21, 24) verglichen werden können.
Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinrichtung (34) eine Auswerteeinheit aufweist, die berücksichtigt, ob Messwerte des wenigstens einen Sensors (20, 21, 24) kurzfristig oder dauerhaft außerhalb des Sollbereichs liegen.
Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinrichtung (34) so eingerichtet ist, dass sie mit einer übergeordneten Anlagensteuerung verbunden werden und Ergebnisse der Prüfung, ob die Messwerte des wenigstens einen Sensors (20, 21, 24) in dem vorgegebenen Sollbereich liegen, an die übergeordnete Anlagensteuerung übermitteln kann.
Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinrichtung (34) mit einem an der Kühlleitung (10) angeordneten ersten Durchflussmesser (20) und mit einem bezüglich der Kühlanordnung internen oder externen zweiten Durchflussmesser verbunden ist.
Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinrichtung ein Display zur kontinuierlichen Anzeige von Messwerten des wenigstens einen Sensors (20, 21, 24) und/oder zur Anzeige von Fehlern aufweist.
Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlanordnung eine vorgefertigte Baugruppe ist und Befestigungsmittel (40, 42) für eine Montage der Kühlanordnung an einer Wand oder einer Platte aufweist.
Verfahren zur Überwachung einer Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgenden Schritten: – Empfangen von Messwerten des wenigstens einen Sensors (20, 21, 24) durch die Kontrolleinrichtung (34); – Überprüfen anhand vorher festgelegter Kriterien, ob die Messwerte in einem vorgegebenen Sollbereich liegen; und – Ansteuern des wenigstens einen Aktors (22, 26) in Reaktion auf ein negatives Prüfergebnis derart, dass die Kühlanordnung in einen sicheren Zustand versetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kontrolleinrichtung (34) ein oder mehrere Grenzwerte manuell hinterlegt werden, der/die den Sollbereich definiert/definieren.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinrichtung (34) die Messwerte des wenigstens einen Sensors (20, 21, 24) auswertet und dabei berücksichtigt, ob die Messwerte kurzfristig oder dauerhaft außerhalb des Sollbereichs liegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Fall, in dem mehrere Fehler auftreten in Form von Messwerten verschiedener Sensoren, die außerhalb ihrer Sollbereiche liegen, von der Kontrolleinrichtung zunächst derjenige Fehler angezeigt wird, der zuerst aufgetreten ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinrichtung (34) anhand mehrerer Grenzwerte unterscheidet, ob eine leichte oder eine starke Abweichung vom Sollbereich vorliegt und nur Falle einer starken Abweichung der wenigstens eine Aktor (22, 26) so angesteuert wird, dass die Kühlanordnung in einen sicheren Zustand versetzt wird.